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Biologie · Jahrgang 13 · Basiswissen

Vielfalt und Entwicklung des Lebens

Das lernst du

  1. Ich kann die synthetische Evolutionstheorie von nicht naturwissenschaftlichen Vorstellungen abgrenzen und zielgerichtete, lamarckistische und kreationistische Erklärungen beurteilen.
  2. Ich kann Mutation und Rekombination als Quellen der Variation und Selektion als Ursache für Artwandel erklären.
  3. Ich kann stabilisierende, transformierende und disruptive Selektion an Beispielen unterscheiden und Selektionsfaktoren erläutern.
  4. Ich kann Gendrift und Genpool erklären und Allelfrequenzen in Populationen berechnen.
  5. Ich kann Isolation und allopatrische Artbildung mit dem populationsgenetischen Artbegriff erklären.
  6. Ich kann Fitness, Koevolution und den adaptiven Wert von Verhalten mit einer Kosten-Nutzen-Analyse erklären.
  7. Ich kann Homologie und Analogie unterscheiden und molekularbiologische Homologien als Belege der Evolution auswerten.
  8. Ich kann Stammbäume mit ursprünglichen und abgeleiteten Merkmalen deuten und Verwandtschaft begründen.

Merksätze

Evolutionstheorie und Alltagsvorstellungen

Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.

Zielgerichtete Erklärungen nennen einen Zweck, lamarckistische die Vererbung erworbener Eigenschaften, kreationistische einen Schöpfer. Diese Vorstellungen sind widerlegt oder nicht prüfbar.

Variation und Selektion

Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.

Träger günstiger Allele haben mehr Nachkommen. So wandelt sich die Population, nicht das Individuum.

Formen der Selektion

Stabilisierende Selektion begünstigt den Mittelwert, transformierende verschiebt ihn.

Disruptive Selektion begünstigt beide Extreme und kann eine Population aufspalten.

Genpool und Gendrift

Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.

Jedes Individuum trägt zwei Allele, deshalb zählt man durch 2 · N. Gendrift wirkt zufällig, stark in kleinen Populationen.

Isolation und Artbildung

Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.

Bei allopatrischer Artbildung trennt eine Barriere den Genfluss, bis keine fruchtbare Kreuzung mehr gelingt.

Fitness und Verhalten

Fitness ist der Fortpflanzungserfolg, nicht die Kraft.

Ein Verhalten setzt sich durch, wenn sein Nutzen die Kosten übersteigt. Koevolution heißt wechselseitige Selektion.

Homologie und Analogie

Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.

Ähnliche DNA- und Aminosäuresequenzen sind molekularbiologische Homologien. Je weniger Unterschiede, desto kürzer liegt der gemeinsame Vorfahr zurück.

Stammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

Verwandtschaft zeigt der jüngste gemeinsame Verzweigungspunkt. Belegt wird sie durch gemeinsame abgeleitete Merkmale.

Selbst abfragen

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Vielfalt und Entwicklung des LebensEvolutionstheorie und AlltagsvorstellungenWas weißt du dazu? Erst selbst sagen, dann umdrehen.

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So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart

Erklärungen einordnen

Viele Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.

  1. Die Flügelform war erblich verschieden.
  2. Im Wasser jagten Tiere mit flossenartigen Flügeln erfolgreicher.
  3. Über viele Generationen wurde diese Flügelform häufiger.

Ergebnis: Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.

Evolutionstheorie und Naturwissenschaft

Welche Aussage ist eine überprüfbare Hypothese im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.

  1. Eine Hypothese muss an Befunden scheitern können.
  2. Die DNA-Ähnlichkeit lässt sich messen und vergleichen.
  3. Die Messungen bestätigen die Vorhersage.

Ergebnis: Verwandte Arten haben ähnlichere DNA als entfernt verwandte Arten.

Evolutionsfaktoren

Durch eine Verwechslung eines Basenpaars entsteht ein neues Allel für die Fellfarbe. Welcher Evolutionsfaktor liegt vor? Begründe die Wahl.

  1. Die Basenfolge der DNA hat sich verändert.
  2. Dadurch ist ein neues Allel entstanden.
  3. Das ist eine Mutation.

Ergebnis: Mutation

Selektionsformen und Selektionsfaktoren

Spatzen, die einen Wintersturm überlebt hatten, waren im Mittel weder besonders groß noch besonders klein. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.

  1. Benachteiligt waren beide Extreme.
  2. Die mittlere Körpergröße hatte den Vorteil.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.

Ergebnis: Stabilisierende Selektion

Typische Fehler – so sieht es falsch aus, so richtig

Evolution als zielgerichtet gedacht
Die Giraffe bekam einen langen Hals, um an das hohe Laub zu kommen.
Giraffen mit erblich längerem Hals fanden mehr Futter und hatten mehr Junge.

Evolution hat kein Ziel. Frag nach der Ursache: Welche erblichen Unterschiede gab es schon vorher, und wer hatte mehr Nachkommen?

Erworbene Eigenschaften als vererbbar gedacht
Der Schmied hat starke Arme, also bekommen seine Kinder starke Arme.
Training ändert die Muskeln, nicht die DNA der Keimzellen. Vererbt wird nur, was in den Keimzellen steht.

Was ein Lebewesen im Leben erwirbt, steht nicht in seinen Keimzellen. Vererbt werden nur Allele, die es schon von Geburt an trägt.

Übernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt
Das Auge ist so kompliziert, es muss geplant sein.
Ein Planer lässt sich nicht prüfen. Zwischenstufen vom Lichtfleck zum Linsenauge gibt es bei heutigen Tieren.

Naturwissenschaft erklärt nur mit Ursachen, die man prüfen kann. Eine Erklärung, zu der jede Beobachtung passt, ist nicht prüfbar.

Theorie als bloße Vermutung verstanden
Evolution ist nur eine Theorie, also unsicher.
Eine Theorie ist ein vielfach geprüftes Erklärungsgebäude, das viele Befunde verbindet.

Im Alltag heißt Theorie Vermutung. In der Naturwissenschaft heißt es: gut geprüft und durch viele Befunde gestützt.

Individuum statt Population verändert sich
Jeder Käfer wird mit jedem Spritzen etwas widerstandsfähiger.
Die Käfer bleiben, wie sie sind. In der Population werden die resistenten häufiger.

Ein einzelnes Lebewesen evolviert nicht. Es ändert sich der Anteil der Varianten in der Population über Generationen.

Mutation als gezielte Antwort auf Bedarf
Das Antibiotikum löst in den Bakterien die Resistenzmutation aus.
Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum. Das Antibiotikum liest nur aus.

Mutationen entstehen ungerichtet, unabhängig davon, ob sie nützen. Erst danach entscheidet die Selektion.

Evolutionsfaktoren verwechselt
Selektion erzeugt neue Allele.
Mutation erzeugt neue Allele, Rekombination mischt sie, Selektion und Drift verändern ihre Häufigkeit, Isolation trennt Genpools.

Ordne jedem Faktor seine Wirkung zu: neu erzeugen, neu mischen, gerichtet auslesen, zufällig verschieben oder trennen.

Selektionsformen verwechselt
Die Mitte wird begünstigt, also transformierende Selektion.
Die Mitte wird begünstigt und die Streuung kleiner: stabilisierende Selektion.

Zeichne die Verteilung vorher und nachher: Bleibt der Mittelwert, wandert er, oder entstehen zwei Gipfel?

Fitness als Stärke oder langes Überleben verstanden
Fit ist das stärkste Tier, das am längsten lebt.
Fit ist, wer die meisten fortpflanzungsfähigen Nachkommen hinterlässt.

Fitness zählt Nachkommen, nicht Muskeln oder Lebensjahre. Ein starkes Tier ohne Nachkommen hat die Fitness 0.

Verhalten zum Wohl der Art erklärt
Das Tier warnt, damit die Art erhalten bleibt.
Das Warnen setzt sich durch, weil es die Weitergabe eigener Allele fördert, oft über Verwandte.

Selektion wirkt auf Individuen und ihre Allele, nicht auf das Wohl der Art. Frag: Was bringt das Verhalten dem Träger oder seinen Verwandten?

Gendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht
Bei der Drift setzt sich das bessere Allel durch.
Bei der Drift entscheidet der Zufall. Auch nachteilige Allele können häufig werden, vor allem in kleinen Populationen.

Drift ist Zufall beim Weitergeben der Allele. Drift fragt nicht nach Nutzen und wirkt umso stärker, je kleiner die Population ist.

Individuen statt Allele gezählt
40 von 100 Tieren sind AA, also p = 0,4.
100 Tiere tragen 200 Allele. Die A-Allele kommen aus AA und Aa zusammen.

Du hast Tiere gezählt, gefragt sind Allele. Jedes Individuum trägt zwei Allele, und auch die Heterozygoten tragen eines davon.

Heterozygote voll gezählt
p = (AA + Aa) : N
p = (2 · AA + Aa) : (2 · N). Ein heterozygotes Individuum trägt nur ein A.

Ein heterozygotes Individuum trägt ein A und ein a. Zähle es für jedes Allel nur einmal und teile durch die doppelte Zahl der Individuen.

Genotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt
p = 0,7, also sind 70 Prozent AA.
AA hat den Anteil p² = 0,49, Aa den Anteil 2pq = 0,42, aa den Anteil q² = 0,09.

Ein Genotyp entsteht aus zwei Allelen. AA hat den Anteil p · p. Aa entsteht auf zwei Wegen und hat den Anteil 2 · p · q.

Art nach dem Aussehen bestimmt
Chihuahua und Dogge sehen verschieden aus, also sind es zwei Arten.
Beide gehören zu einer Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool. Es ist eine Art.

Nach dem populationsgenetischen Artbegriff entscheidet die fruchtbare Fortpflanzung, nicht das Aussehen.

Homologie und Analogie verwechselt
Vogelflügel und Insektenflügel dienen dem Fliegen, also sind sie homolog.
Gleiche Funktion bei verschiedenem Bau ist Analogie. Homolog ist ein gleicher Bauplan aus gemeinsamer Abstammung.

Frag nach dem Bau, nicht nach der Aufgabe: Gleicher Bauplan und gleiche Lage sprechen für Homologie, nur gleiche Funktion für Analogie.

Ähnlichkeit im Aussehen mit Verwandtschaft gleichgesetzt
Delfin und Hai sehen ähnlich aus, also sind sie eng verwandt.
Der Delfin ist ein Säugetier. Seine Form ist analog zum Hai, entstanden durch ähnliche Selektion im Wasser.

Ähnlichkeit kann durch ähnliche Lebensweise entstehen. Verwandtschaft zeigen gemeinsame abgeleitete Merkmale und Sequenzen.

Evolution als Leiter statt als Baum
Der Mensch stammt vom Schimpansen ab.
Mensch und Schimpanse haben einen gemeinsamen Vorfahren. Beide Linien haben sich seitdem verändert.

Heute lebende Arten sind Vettern, keine Vorfahren. Jede Linie hat gleich lange Evolution hinter sich.

Ursprüngliches Merkmal als Beleg für nahe Verwandtschaft
Frosch und Mensch haben beide eine Wirbelsäule, also sind sie eng verwandt.
Die Wirbelsäule hatte schon der Vorfahr aller Wirbeltiere. Die Wirbelsäule trennt Frosch und Mensch nicht von Fischen.

Ein Merkmal, das schon der gemeinsame Vorfahr aller hatte, ist ursprünglich. Nähere Verwandtschaft zeigen nur neu entstandene, gemeinsame Merkmale.

Sequenzvergleich falsch gezählt oder gedeutet
Von 12 Positionen sind 9 gleich, also 9 Unterschiede.
Von 12 Positionen sind 3 verschieden. Weniger Unterschiede bedeuten nähere Verwandtschaft.

Geh die Sequenzen Position für Position durch und zähle nur, wo die Buchstaben verschieden sind. Weniger Unterschiede heißt näher verwandt.

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